第四章變壓器

第四章變壓器一、磁場及基本物理量4.1、磁場和磁感線磁體：具有磁性的物體。磁極：磁體兩端磁性最強的部分，N極和S極。磁場：在磁體周圍存在的具有力和能的特性的一種特殊物質。磁感線：為了形象的描述磁場而引入的概念，規(guī)定在磁力線上每一點的切線方向表示該點的磁場方向。磁感線的特點：（1）磁力線是互不相交的閉合曲線。在磁體外部由N指向S，在內部由S指向N。（2）磁力線上任意一點的切線方向，就是該點的磁場方向，即小磁針在磁力作用下N極的指向。（3）磁力線越密表示磁場越強，反之，越疏表示磁場越弱。4.2磁場的基本物理量1、磁感應強度B:

表示磁場內某點磁場強弱和方向的物理量。磁力線越密，磁感應強度B值越大。磁感應強度B的方向：與電流的方向之間符合右手螺旋定則；單位:特斯拉(T)2、磁通（磁通密度）：穿過垂直于B方向的面積S的磁力線總數(shù)。在均勻磁場中=BS或B=/S電磁感應定律：4、磁導率：表示磁場媒質磁性的物理量，衡量物質的導磁能力。單位：亨/米（H/m）相對磁導率

r：任一種物質的磁導率和真空的磁導率0的比值。＝

r/0真空的磁導率為常數(shù)，用

0表示，有：二、磁性材料的磁性能自然界物質根據(jù)導磁性強弱分為：鐵磁性材料和非鐵磁性材料1、磁導率2、磁化曲線及飽和磁性：磁性物質放在外磁場H中被磁化，磁感應強度B增強。當外磁場增大到一定程度時，磁化磁場的磁感應強度將趨向某一定值，趨于飽和3、磁滯回線：磁滯性：磁性材料中磁感應強度B的變化總是滯后于外磁場變化。磁性材料在交變磁場中反復磁化，其B-H關系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。剩磁感應強度Br(剩磁)：當線圈中電流減小到零(H=0)時，鐵心中的磁感應強度。矯頑磁力Hc：使B=0所需的H值。????BrHcOHB磁滯回線磁性材料分為三種類型：(1)軟磁材料具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。(2)永磁材料具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。(3)矩磁材料具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計算機和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。上一張下一張返回

三、電磁感應的基本定律（一）電磁感應現(xiàn)象（二）電與磁的關系1820年，奧斯特，電流的磁效應。電→磁1821年，法拉第，提出想法：磁→電？1831年，發(fā)現(xiàn)電磁感應定律。

1865年，麥克斯韋，電磁場理論。上一張下一張返回電動勢是標量，作正負規(guī)定：回路：正向，電流的方向，電動勢升高的方向。

若是，則表明b點的電勢高于a點，即電路ab可視為電源，b為正極，a為負極。電動勢abab等效上一張下一張返回（三）法拉第電磁感應定律閉合回路中，產(chǎn)生的感應電動勢i

,與回路中的磁通量

的變化率d/dt有關：當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中將產(chǎn)生感應電流或感應電動勢。當為N匝線圈時，其中通過回路的磁通量公式中的負號確定了感應電動勢i

的方向.上一張下一張返回阻礙變化含義：增多，阻礙增多；

減少，阻礙減少。閉合回路中感應電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來阻礙引起感應電流的磁通量的變化；或感應電流的效果，總是反抗引起感應電流的原因。（四）楞次定律（1833年）本質：感應電流取楞次定律規(guī)定的方向是能量守恒和轉換定律作用的必然結果。上一張下一張返回向上移，磁通量增加,磁力線增多.阻礙增多，感應電流產(chǎn)生的磁力線向下。即：感應電流的方向為順時針，亦是感應電動勢i

的方向。舉例說明3（P442）：楞次定律應用上一張下一張返回舉例說明4（P442）：楞次定律應用上一張下一張返回五、動生電動勢與感生電動勢感應電動勢回路磁通量產(chǎn)生i可有以下途徑：1，改變B的大??；2，改變回路面積S或相對于磁場的方向；3，既有B的變化，也有回路相對磁場的變化.感生電動勢動生電動勢上一張下一張返回一、動生電動勢動生電動勢：回路或其一部分在磁場中有相對運動而產(chǎn)生的感應電動勢。

感生電動勢：回路在磁場中沒有相對運動，僅由磁場的變化而產(chǎn)生的感應電動勢。上一張下一張返回

b端電勢高.B端電勢高例2，均勻磁場，直導線，求動生電動勢.

（1），三者互相垂直.（2），，與有一夾角.（3），與決定平面平行.沒有切割磁力線上一張下一張返回常見的簡單切割磁力線的問題：電動勢升高的方向，為

的方向.上一張下一張返回六、自感和互感法拉第電磁感應定律：不論用什么方法，只要使穿過閉合回路的磁通量

發(fā)生變化，就可在該回路中產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象。（1）（2）回路(1)中的磁場B由電流I1、I2共同產(chǎn)生，因此通過其的磁通量1也由兩部分組成.上一張下一張返回前一項是由自身回路中的電流變化，在自身回路中產(chǎn)生的感應電動勢，稱為自感電動勢.而后一項是由某一回路中的電流變化，在其它回路中產(chǎn)生的感應電動勢，稱為互感電動勢.（1）（2）上一張下一張返回一、自感當一個線圈中的電流I發(fā)生變化時，它所激發(fā)的磁場B穿過該線圈自身的磁通量也隨之發(fā)生變化，從而在這個線圈中產(chǎn)生感應電動勢L，這種現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象。這種電動勢稱為自感電動勢。比例系數(shù)L

，稱為該回路的自感系數(shù)，簡稱自感.定義：上一張下一張返回（定義①）（定義②）決定于回路的幾何形狀、大小、匝數(shù)、和線圈所處的介質分布及性質（磁導率）。自感L：單位：亨利（H）.上一張下一張返回定義：當一個線圈中的電流I1

發(fā)生變化時，將在它周圍空間產(chǎn)生變化的磁場B1，從而在它附近的另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢M，這種現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。這種電動勢稱為互感電動勢。二、互感（1）（2）比例系數(shù)M

，稱為互感.上一張下一張返回七、單相變壓器1，結構及其作用2、工作原理（一）變壓器的結構變壓器的結構主要包括兩部分：閉合鐵心和繞在鐵心上的兩個或多個線圈繞組。一次繞組（原繞組）：與交流電源相連接的繞組二次繞組（副繞組）：與負載相連接的繞組（二）變壓器的工作原理1.變壓器的空載運行與電壓變換空載運行：變壓器的初級繞組加交流電壓而次級繞組開路的工作狀態(tài)。變壓器的空載運行N1N2u1u2i0主磁通：通過鐵心閉合的磁通。漏磁通：經(jīng)過空氣或其它非導磁媒質閉合的磁通。設主磁通則

由于線圈電阻R和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動勢E相比可忽略，故有：式中：Bm是鐵心中磁感應強度的最大值，單位[T]；

S是鐵心截面積，1、變壓器變壓原理變壓器一次、二次側的電壓的有效值與一次、二次繞組的匝數(shù)成正比，即：例、1單相變壓器的初級繞組線圈匝數(shù)為220匝，次級繞組線圈匝數(shù)為20匝，初級繞組接220V的正弦交流電，次級繞組開路，求次級繞組電壓？2.變壓器的負載運行和電流變換由于空載和負載是U、f、N一樣，故：磁通不變。變壓器的負載運行N1N2u2u1i1i2RL變壓器有載時，一次、二次繞組電流的有效值和匝數(shù)成反比例、2單相變壓器的初級繞組線圈匝數(shù)為200匝，次級繞組線圈匝數(shù)為50匝，初級繞組接220的正弦電流電，次級繞組接10歐姆的電阻負載，求初級繞組電流以及負載電流是多大？3.變壓器的阻抗變換變壓器有載運行時，一次繞組阻抗和二次阻抗的關系為八、特殊用途變壓器（一）自耦變壓器ABP+–+–使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。（二

）儀用互感器儀用互感器是用于測量儀器和保護設備中的特殊變壓器，有電壓互感器和電流互感器。電壓互感器：測量一般電壓表不能測量的高電壓，原理是把高電壓通過電壓互感器降低為低壓后進行測量。電流互感器：測來能夠一般電流表不能測量的大電流，原理是把大電流變換為小電流來測量。1.電壓互感器實現(xiàn)用低量程的電壓表測量高電壓被測電壓=電壓表讀數(shù)N1/N2VR

N1（匝數(shù)多）保險絲

N2（匝數(shù)少）~u（被測電壓）電壓表1.電壓互感器使用注意事項：1.二次側不能短路，以防產(chǎn)生過流；2.鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損